Incorporação de lodo de indústria metalmecânica em tijolos ceramicos

Abstract

Resumo: O estado do Paraná é um grande produtor nacional de cerâmicas vermelhas, sendo que a maioria de suas indústrias se encontra na região metropolitana de Curitiba. Esse município também tem diversas indústrias metalmecânica, dentre as quais uma indústria de eletrodomésticos de linha branca. Esta, gera efluentes que, por tratamento físico-químico, produz um lodo que pode ser destinado a aterro sanitário, coprocessamento ou reciclagem. Dentro dos conceitos de hierarquia de destinação de resíduos, e alinhado à politica nacional de resíduos sólidos, o presente estudo tem como objetivo avaliar a viabilidade técnica de incorporar esse resíduo industrial como matéria-prima secundária na produção de tijolos de cerâmica vermelha sem comprometer a qualidade do produto cerâmico. A composição das argilas e do lodo foi determinada por espectroscopia de fluorescência de raios X (EDX) e por microanálise de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) junto a análise microestrutural com microscopia eletrônica de varredura (MEV). O comportamento térmico foi obtido através de análise termogravimétrica e sua derivada (TGA/DTG). O lodo foi caracterizado como resíduo não perigoso (classe II) A - não inerte por meio de análises de massa bruta, dos componentes orgânicos e inorgânicos lixiviados e solubilizados como determinado por norma brasileira de caracterização de resíduos. Duas fontes de argilas, A= Curitiba/PR e B = São José dos Pinhais/PR, usadas na produção industrial de tijolos de cerâmica vermelha foram avaliadas. As argilas de A e B (respectivamente) são majoritariamente compostas por sílica (55,8 e 58,6 %), alumina (23,8 e 22,2 %) e óxido férrico (6,3 e 3,3 %). Sendo o lodo composto principalmente por óxido de cálcio (26,0 %), alumina (15,6 %), sílica (4,4 %) e óxido de fósforo (4,0 %). A perda ao fogo do lodo foi de 39,5 % contra 10,3 % para A e 11,4 % para B. Dois produtos cerâmicos foram produzidos em escala laboratorial com aspecto de placas e tijolos em tamanho reduzido. Foram utilizadas as argilas A e B, variando a concentração em 0 %, 5 %, 10 % e 15 % de adição de lodo em massa, queimando em diferentes temperaturas, 850°C e 950°C. Ensaios físicos mecânicos foram realizados nos corpos de prova e seus resultados foram comparados com valores de literatura e em normativa brasileira para produção de materiais cerâmicos. Constatou-se que a adição do lodo diminui a qualidade mecânica do produto, resistência à flexão da miniplaca e compressão do minitijolo, a absorção de água, porosidade aparente e perda ao fogo aumentam conforme a concentração do lodo é aumentada. Sua adição pode interferir na produção de estruturas químicas especificas que aumentam a resistência, assim como retém maior quantidade de água, possivelmente pela presenta de óxido de cálcio. No entanto, as argilas puras já apresentaram valores significativos de absorção de água, a argila B apresentou melhores resultados nas análises do que a argila A, ambas utilizadas comercialmente na produção industrial. O uso de lodo como matéria-prima secundária em argila é limitada e depende do tipo de argila, outros aditivos podem também contribuir para melhora na qualidade do produto. No caso especifico, o lodo da indústria metalmecânica pode ser usado até 5 % para emprego de produção de cerâmica vermelha com queima a 950°C segundo normativas e comparativos com a literatura.

Abstract: The state of Parana is a major national producer of red ceramics, with most of its industries located in the metropolitan region of Curitiba. This municipality also has several metalworking industries, among which is a white goods appliance industry. It generates effluents which is treated by physico-chemical process and produces sludge that can be destined to landfill, coprocessing or recycling. Within the concepts of waste disposal hierarchy and in line with the brazilian national solid waste policy, this study aims to evaluate the technical feasibility of incorporating this industrial waste as a secondary raw material in the production of red ceramic bricks without compromising quality of the ceramic product. The composition of the clays and the sludge was determined by X-ray fluorescence spectroscopy (EDX) and by microanalysis of dispersive energy spectroscopy (EDS) together with microstructural analysis with scanning electron microscopy (SEM). The thermal behavior was obtained through thermogravimetric analysis and its derivative (TGA / DTG). The sludge was characterized as non - hazardous waste (class II) A - not inert - by means of mass analyzes, of the organic and inorganic components leached and solubilized as determined by brazilian waste characterization standard. Two sources of clay, A = Curitiba / PR and B = São José dos Pinhais / PR, both used in the industrial production of red ceramic bricks were evaluated. The clays of A and B (respectively) are composed mainly of silica (55.8 and 58.6%), alumina (23.8 and 22.2%) and ferric oxide (6.3 and 3.3%). The sludge mainly consists of calcium oxide (26.0%), alumina (15.6%), silica (4.4%) and phosphorus oxide (4.0%). The fire loss of the sludge was 39.5% versus 10.3% for A and 11.4% for B. Two ceramic products were produced in laboratory scale with appearance of plates and bricks in reduced size. Clays A and B were used, varying the concentration at 0%, 5%, 10% and 15% of sludge addition by mass, burning at different temperatures, 850°C and 950°C. Mechanical physical tests were carried out on the test specimens and their results were compared with literature and brazilian standards for the production of ceramic materials. It was found that the addition of sludge decreases the mechanical quality of the product, flexural strength of the mini-plate and compression of the mini-brick, water absorption, apparent porosity and fire loss increase as the sludge concentration is increased. Its addition can interfere in the production of specific chemical structures that increase the resistance, as well as retains more amount of water, possibly due to the presence of calcium oxide. However, pure clays already presented significant values of water absorption, clay B presented better results in the analyzes than clay A, both commercially used in industrial production. The use of sludge as a secondary raw material in clay is limited and depends on the type of clay, other additives may also contribute to the improvement of product quality. In the specific case, sludge from the metalworking industry can be used up to 5% for the use of red ceramic production with burning at 950°C according to regulations and comparative with the literature.